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Conversión de temperatura

Las escalas Celsius y Fahrenheit son escalas de temperatura diferentes. Si la temperatura de un objeto se mide y expresa en grados Celsius y luego queremos expresarla en grados Fahrenheit, realizamos la conversión de Celsius a Fahrenheit. En esta sección, aprenderemos cómo convertir o realizar mediciones de temperatura.

A una presión de 1 atm, la temperatura del punto de congelación para un termómetro Celsius = 0 ^oC, mientras que la escala del termómetro Fahrenheit = 32 ^oF. Por el contrario, a una presión de 1 atm, la temperatura del punto de vapor para un termómetro de escala Celsius = 100 ^oC, mientras que la escala del termómetro Fahrenheit = 212 ^oF. ¡Observa la imagen de abajo!

Escala del termómetro

Tipos de escalas de termómetros

Para que un termómetro pueda usarse para medir la temperatura, debe estar definido en una escala. Dos escalas de termómetro de uso común son la escala Celsius y la escala Fahrenheit. La escala de temperatura más utilizada en Indonesia es la escala Celsius. También se la conoce como escala centígrada. Centígrado = cien grados. La escala Fahrenheit se usa con frecuencia en Estados Unidos o en países con inviernos fríos. Una escala de temperatura particularmente importante en ciencia es la escala absoluta, o escala Kelvin. La escala Kelvin se explicará más adelante.

Las escalas Celsius y Fahrenheit utilizan los puntos de congelación y ebullición del agua como puntos fijos. El punto de congelación de una sustancia es la temperatura a la que las fases sólida y líquida se encuentran en equilibrio térmico . Por el contrario, el punto de ebullición de una sustancia es la temperatura a la que las fases líquida y gaseosa se encuentran en equilibrio térmico. Los puntos de congelación y ebullición siempre varían con la presión atmosférica, por lo que primero se debe determinar esta última. Generalmente utilizamos la presión estándar, que es de 1 atm (una atmósfera). Una atmósfera es una unidad de presión atmosférica.

Calibración del termómetro

La calibración de un termómetro es el proceso de crear una escala en el mismo. A continuación, se describen algunos pasos para calibrar un termómetro . Primero , prepare un termómetro de mercurio o un termómetro de alcohol sin escala. Segundo , prepare suficiente hielo. Tercero , prepare suficiente agua. Cuarto , prepare un calentador de agua que pueda utilizarse para calentar el agua hasta el punto de ebullición. Quinto , coloque hielo y agua en un recipiente (el agua y el hielo tienen la misma masa). A continuación, introduzca el termómetro en el recipiente con agua y hielo.

Definición de termómetro

Un termómetro es un dispositivo diseñado para medir la temperatura . Existen muchos tipos de termómetros, pero todos funcionan según el mismo principio. Generalmente, se utilizan materiales termométricos, cuyas propiedades cambian con la temperatura. Si la temperatura de un objeto cambia, su forma y tamaño también cambian. La mayoría de los termómetros utilizan materiales que se expanden o contraen con los cambios de temperatura.

Ley cero de la termodinámica

Material sobre la Ley Cero de la Termodinámica

Hasta ahora, solo hemos considerado el equilibrio térmico que experimentan dos objetos en contacto. Para comprender mejor el concepto de equilibrio térmico, consideremos tres objetos (llamémoslos objeto A, objeto B y objeto C). Por ejemplo, los objetos B y C no se tocan entre sí, pero el objeto A está en contacto con el objeto B y el objeto A está en contacto con el objeto C. Observe la imagen a continuación.

Dado que los objetos A y B están en contacto, se encuentran en equilibrio térmico, al igual que los objetos A y C. ¿Están también en equilibrio térmico los objetos B y C, que no se tocan entre sí?

Equilibrio térmico

Material de equilibrio térmico

¿Alguna vez has probado el té helado? El té helado se prepara mezclando agua caliente con hielo. Tras removerlo o dejarlo reposar unos segundos o minutos, la mezcla se convierte en té helado. El agua caliente tiene una temperatura más alta, mientras que el hielo tiene una temperatura más baja. Al mezclar agua caliente con hielo en un recipiente como un vaso, parte del calor del agua caliente se transfiere al hielo, por lo que la temperatura del té helado es inferior a la del agua caliente y superior a la del hielo.

Transferencia de calor por radiación

¿Qué sensación produce usar ropa negra en un día caluroso o al hacer ejercicio durante el día? ¿Compárelo con la sensación de usar ropa blanca? Si usa ropa negra durante el día, sentirá calor fácilmente. ¿Por qué? La distancia entre el sol y la tierra por la mañana es casi la misma que al mediodía y al atardecer. Entonces, ¿por qué son más frescas la mañana y la tarde, y más calurosas? La respuesta a estas preguntas está relacionada con la transferencia de calor por radiación.

Transferencia de calor por conducción

Si te sientas en una silla de madera, la superficie de la silla se calienta. En cambio, si te sientas en una silla de plástico o metal, la superficie de la silla no se calienta. ¿Por qué la superficie de una silla de madera se calienta, mientras que la de una silla de metal no? ¿Por qué dormir en un suelo frío sin colchón puede causar dolor? ¿Alguna vez has usado una chaqueta de invierno? ¿Por qué la mayoría de las chaquetas de invierno son de lana? Aún quedan muchas preguntas y cuestiones por resolver relacionadas con la transferencia de calor por conducción.

Transferencia de calor por convección

¿Alguna vez has estado en la playa en un día soleado? En un día soleado, siempre sopla una brisa marina desde el mar hacia la tierra. ¿Por qué siempre hay viento en la playa y por qué se produce una brisa marina (viento que sopla del mar a la tierra) durante el día y una brisa terrestre (viento que sopla de la tierra al mar) por la noche? ¿Por qué descienden las nubes sobre las laderas de las montañas durante la temporada de lluvias? ¿Por qué el viento se siente fresco? Las respuestas a estas preguntas se relacionan con el calor específico de la tierra y el mar, la expansión, la densidad y la transferencia de calor por convección . Al comprender bien este tema, podrás responder a las preguntas anteriores y a otras que puedas plantearte más adelante.

Transferencia de calor

Existen tres tipos de transferencia de calor , que incluyen la transferencia de calor por conducción, convección y radiación.

Transferencia de calor por conducción. Cuando un objeto a alta temperatura entra en contacto con uno a baja temperatura, la energía se transfiere del objeto a este último. Esta energía adicional provoca que los átomos y las moléculas que lo componen se muevan más rápido. Al moverse, las moléculas poseen energía cinética (EK = ½ mv² ⁾ . Las moléculas que se mueven más rápido (con mayor energía cinética) chocan con las moléculas adyacentes. Estas, a su vez, chocan con otras moléculas cercanas, y así sucesivamente. De esta forma, las moléculas chocan entre sí, transfiriendo energía. La transferencia de calor que se produce mediante colisiones entre las moléculas que componen un objeto se denomina conducción. La conducción suele ocurrir en sólidos, de sólidos a líquidos (de líquidos a sólidos) o de sólidos a gases (de gases a sólidos).